JP2009060023A - シート剥離装置とそれを用いたシート印刷システム - Google Patents

シート剥離装置とそれを用いたシート印刷システム Download PDF

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Abstract

【課題】シート状部材に開口を設けて該開口に半田ペーストを供給して印刷する場合に、シートのずれ等に起因する印刷不良の発生しない印刷システムが望まれている。
【解決手段】半田ペーストを塗布する基板面上にシート状部材を貼り付ける貼り付け部と、シート状部材に半田ペーストを塗布するための開口パターンを形成するパターン作成部と、開口パターンを形成したシート状部材を設けた基板に半田ペーストを印刷する印刷部と、半田ペーストが印刷された基板を加熱して、半田ペーストを基板面に固着させるリフロー炉と、半田ペーストが固着された基板面からシート状部材を除去する剥離部とから構成した。
【選択図】図1

Description

本発明は基板面上に半田バンプを形成する印刷装置に係り、特に、マスクとしてシート状部材を用いて印刷する印刷システムに関する。
従来、特許文献1には、シート状部材にパターンを形成して、シートに形成したパターンと同じパターンのマスク用シートを載せ、マスク用シート上部から半田ペーストをシート状部材に充填し、マスク用シートを取り除いた後に、半田ペーストの充填されたシート状部材を基板面に位置合わせして載置して、その後リフローした後にシートを取り除くことで基板面上に所望のパターンの半田バンプを形成することが開示されている。
特開平9−116257号公報
上記従来技術では、シート状部材と同じパターン形状のマスク用シートが必要である。また、シート状部材に形成した開口部に半田ペーストを充填した後に、マスク用シートを取り除き、基板上に載置するために、シート状部材の開口部に半田ペーストが十分充填され、流れ出ないようにする必要がある。さらに、リフロー後に回路基板からシートを剥がして取り除くようにしているために、シートの残渣が基板側に残り接触不良等を起こす恐れもあり、残渣が発生しないようにシートを取り除くための工夫が必要である。
本願発明の目的は、金属マスクに代えてシート状部材を用いて半田バンプを形成する場合に、少ない材料および、工程で、半田バンプを形成できるようにすると共に、リフロー後、基板からシート状部材の残渣を発生することなく取り除くことにある。
半田ペーストを塗布する基板面上にシート状部材を貼り付ける貼り付け部と、シート状部材に半田ペーストを塗布するための開口パターンを形成するパターン作成部と、開口パターンを形成したシート状部材を設けた基板に半田ペーストを印刷する印刷部と、半田ペーストが印刷された基板を加熱して、半田ペーストを基板面に固着させるリフロー炉と、半田ペーストが固着された基板面からシート状部材を除去するために所定温度の剥離液を用いた剥離装置とから構成した。
特に、シート剥離装置は、剥離液を所定温度で保持し、貯留した剥離液タンクと、剥離液タンクに浸漬された基板に、所定温度の剥離液を吹き付けて除去するスプレー機構を設けた構成としたものである。
印刷対象の基板面にシート状部材を貼り付けた後に、シート状部材に開口を設けて、その後印刷部にてマスクを介してシート開口パターンに半田ペーストを供給する構成としたため、小さく、密集した開口パターンにスキージ印刷法で高精度の印刷を可能にした。
また、又、リフロー後に印刷に用いたシート(フィルム)を剥がす必要があるが、その剥離に所定の温度範囲に保持した剥離液に基板を浸漬した後、同じ温度範囲に保持した剥離液を所定の吹き付け圧で吹き付けるスプレー機構を設けることで、残渣なくシートを除去できるようにしたため、シートによる絶縁不良等の発生を防止でき良好な半田バンプを形成することができる。
図1にシート印刷システムの全体構成の概略を示す。
本システムは図に示すように、被対象印刷物である基板14の印刷面にシート状部材20(又はフィルムと称する場合もある)を貼り付けるフィルム貼り付け装置200と、貼り付けたシート面にレーザ光又は露光法を用いて印刷するパターンの穴あけ加工を施すパターン作成装置300と、穴あけ加工を施したシート面上の残渣を取り除く洗浄装置400と、基板面と略同じか多少小さめの開口を設けたマスクを備え、マスク上面よりスキージを移動することにより、半田ペーストをマスク開口部からシート面に設けたパターン開口部を介して基板面に供給する印刷装置500と、半田ペーストにより印刷された基板を搬入して半田ペーストを溶融して、基板面に固着させるリフロー装置(リフロー炉)600と、半田ペーストが固着された基板面からシート部材を剥離するフィルム剥離装置700とからなる。なお、各装置間は、基板搬送ベルトにより接続されている。また、図示していないが、システム全体の動作を制御するための主制御装置、および各装置にはそれぞれの装置内の動作を制御する制御機構が設けてある。なお、当然のことであるが、主制御装置と各装置に設けた制御機構とは信号線で結合されている。
図2に、基板上にフィルム(シート状部材)を貼り付けるフィルム貼り付け装置の一例を示す。図2において、フィルムロール1はカバーフィルム2、レジスト、ベースフィルムの3層のフィルム20で形成されており、内側からカバーフィルム2、レジスト、ベースフィルムの順番で形成されたものが巻かれている。なお、フィルム20は解像度が高く、且つ、耐熱性、剥離性の高い感光性フィルムである。又、フィルム20の厚みは、形成する半田バンプの高さにより変わるが厚さ20〜100μmのフィルムを用いている。
フィルムロール1からフィルム20を搬送面に搬送するために、フィルムロール1の下側にガイドロール3が設けられている。このガイドロール3でカバーフィルム2は剥離される。剥離されたカバーフィルム2は、フィルムロール1に隣接して設けられている巻き取りロール4に巻き取られる構成としてある。
フィルムロール1及び巻き取りロール4の駆動部にはフィルム20残量に応じてトルクを調整する機能(図示せず)が設けてあり、これによって、フィルム20の張力を一定にして搬送することができる。
ガイドロール3の下側には、フィルム20の先端部の所定領域または後端部の所定領域を吸引吸着して搬送する先端保持部材5と後端保持部材6が設けてある。先端保持部材5の内部には真空室、上面には吸着孔が設けられている。真空室は図示していない真空ポンプに接続されている。真空ポンプを駆動することにより、先端保持部材5の上面にフィルム先端を吸引吸着する。即ち、真空吸着機構を用いて保持しているまた、サーボモータ9と直結されたボールネジ10によって可動部11に支持された先端保持部材5が左右方向(フィルム搬送方向)に移動可能になっている。更に、可動部11に接続しているエアシリンダ7により、圧着部を構成している1対の圧着ローラ(ラミネーションロール13)のうちの、一方の圧着ローラに隣接する位置までフィルム20の先端を搬送させることが可能である。
後端保持部材6も先端保持部材5と同じように内部に真空室、上面に吸着孔が設けられている。また、幅方向に溝が設けられており、カッタ等でフィルム20を幅方向に切断するときのカッタ受け台としても用いられる。また、可動部11により正確にフィルム20を搬送することが可能である。また、可動部11に設けられたロータリアクチュエータを駆動して連結材12を回転させることで、後端保持部材6をフィルム搬送面から下側に退避できる構成としてある。
カッタ機構8は、後端保持部材6の上側に設けられており、ロッドレスシリンダ等で幅方向に移動できる構成としてある。これにより、フィルム20を幅方向に切断することができる。
ラミネーションロール13は、金属製のロールと、その外周側を耐熱性の優れたゴム(シリコンゴム等)で厚さ1.2mm程度に被覆した構成となっている。また、金属製のロールの中心軸側には筒状のヒータを備えており、同ヒータの外周には水や油等の液体が封入されているジャケットが同心円上に形成されている。ヒータを通電加熱することで、外周側のジャケットを熱して、ロール全体を均一に加熱することができるようになっている。なお、ラミネーションロール13は静電吸着にてフィルム20を保持する構成としているが、外周を被覆しているゴムにシリコンゴムを用いると電気抵抗は大きくなるが、厚さが1.2mm程度薄いため、静電吸着する上で問題にはならない。なお、好ましくは耐熱性のある導電性ゴムを用いると静電吸着効果の増すことは言うまでもない。
また、1対のラミネーションロール13は、搬送ローラ15で搬送されてきた基板14を上下方向から挟むように配置してある。更に、各々のラミネーションロール13は、図示していない連結されたエアシリンダを駆動することで、上下方向に移動される。また、ラミネーションロール13の金属部分は接地されている。
次に、本実施例のフィルム貼り付け動作について説明する。
始めに、フィルム貼り付け動作を行うための準備として、手動でフィルムロール1からフィルム20を引き出してガイドロール3に渡し、カバーフィルム2を剥離する。剥離したカバーフィルム2は巻き取りロール4に巻き取られる。残りのフィルム20は後端保持部材6の先端まで引き出し、先端保持部材5及び後端保持部材6の上面で吸引吸着される。
このとき、フィルムロール1及び巻き取りロール4に設けた駆動手段のモータを動作させて、フィルム20に一定の張力が作用している状態にする。前述の状態で、後端保持部材6の溝部分をカッタ機構8のカッタ刃が通過するように配置して、カッタ機構8を幅方向に移動させてフィルム20を切断する。切断作業が終了すると、フィルム20を吸着していた後端保持部材6の吸引吸着を停止して、フィルム20の切れ端を廃棄する。このとき、先端保持部材5には、フィルム20の先端部が、先端保持部材5の先端部から10mm程度はみ出した状態でフィルム20を吸引吸着している。これでフィルム貼付動作の準備が完了する。
準備が完了した状態では、基板搬送面の上下に位置するラミネーションロール13は共に上昇しており、内部に設けたヒータで加熱された状態で基板搬送方向に回転している。なお、下側のラミネーションロール13の上面は、基板搬送面に位置されており、基板14を搬送することが可能である。
まず、サーボモータ9を動作して可動部11をラミネーションロール13近くまで移動し、後端保持部材6に設けたロータリアクチュエータを駆動することで連結材12を回転して、後端保持部材6をフィルム搬送面より下側に退避させる。そして、エアシリンダ7を作動させて、フィルム20の先端がラミネーションロール13の上面中央付近に位置するまで、先端保持部材5を移動させる。フィルム20が前述の位置に来た時、静電気発生用電源17から電極16に高電圧を印加する。このとき、フィルム20の先端部は、電極16とラミネーションロール13の間にある。そのため、先端保持部材5からはみ出しているフィルム先端部分が帯電され、接地されているラミネーションロール13に吸着される。ラミネーションロール13は基板搬送方向に回転しており、吸着したフィルム20を下側(基板側)に搬送する。このとき、先端保持部材5の吸引吸着を解除することで、フィルム20はラミネーションロール13の回転と共に基板側に搬送される。フィルム20をラミネーションロール13に受け渡した先端保持部材5は、エアシリンダ7及び可動部11を作動させて、ガイドロール3の下側位置に戻る。そして、退避していた後端保持部材6もロータリアクチュエータを駆動して連結材12を回転することでフィルム搬送面の位置に戻る。
フィルム20がラミネーションロール13の下(搬送されてきた基板14面と接触する位置)まで搬送されたときに、ラミネーションロール13の回転を停止する。そして、先端保持部材5及び後端保持部材6の上側にあるフィルム20をそれぞれの保持部材に吸引吸着して保持し、フィルム20をカッタ機構8を駆動して幅方向に切断する。このとき、切断したフィルム20の長さは基板14に貼り付ける長さになるように、カッタ機構8の位置と後端保持部材6の位置が調整される。また、ラミネーションロール13の回転を停止せず、カッタ機構8、先端保持部材5及び後端保持部材6をフィルム20の搬送に同期させて、フィルム20を吸着保持して切断してもよい。
基板14は搬送ローラ15でフィルム貼付位置に搬送される。基板14がフィルム貼付位置に到達したとき、下側のラミネーションロール13はそのままで、上側のラミネーションロール13を下降(下側ラミネーションロール13に近づけ)させることで、フィルム20を基板14に熱圧着を開始する。この時、フィルム20は基板14と共にラミネーションロール13で搬送されるが、フィルム20の搬送と同期して後端保持部材6をラミネーションロール13側に移動させるため、張力を一定にすることが可能である。
ラミネーションロール13の回転に伴って、フィルム20が基板14に熱圧着されて行き、フィルム20を吸着している後端保持部材6がラミネーションロール13付近に到達したとき、先端保持部材5からフィルム先端をラミネーションロール13に受け渡したように、静電気発生装置17から高電圧を電極16に印加することで、電極16の下部にあるフィルム後端を帯電させてラミネーションロール13に静電吸着させる。
フィルム20の後端がすべてラミネーションロール13に受け渡された後、後端保持部材6の吸引吸着力を解除し、連結材12を回転させて下側に退避させる。そして、先端保持部材5が次のフィルムの先端を吸引吸着で保持したまま、ラミネーションロール13近傍まで移動する。
フィルム20の後端はラミネーションロール13に静電吸着されているため、基板14に垂れることなく基板14に熱圧着することが可能であり、しわ、気泡等が貼り付け部分に混入することはない。
なお、貼合せ時には、フィルム20はベースフィルムとレジストの2層構造となっており、基板14に対向する面としてレジスト面が来るように搬送系は構成されている。すなわち、ベースフィル側がラミネーションロール13に静電吸着され巻付けられる。フィルム20を巻き付けたときラミネーションロール13は加熱されており、この熱によりフィルム20も加熱される。このため、ベースフィルム上のレジストは溶融し、適度の粘性を有する状態となる。ラミネーションロール13でフィルム20を基板14に熱圧着することで、フィルム20は基板14に密着される。このとき、フィルム20と基板14の密着力は、フィルム20とラミネーションロール13との間に作用している静電吸着力よりも大きいため、フィルム20はラミネーションロール13から簡単に剥がされる。
フィルムの全面を基板14に熱圧着した後、上側のラミネーションロール13は上昇し、先端吸着部材5から次のフィルムが受け渡される。
フィルム先端をラミネーションロール13に受け渡した後、先端保持部材5はガイドロール3の下側まで移動する。そして、退避していた後端保持部材6もフィルム搬送面の位置に戻され、一連の貼付動作は完了する。
また、フィルム20をラミネーションロール13に受け渡すために、フィルム20の先端部及び後端部を静電吸着するのではなく、フィルム全面を静電帯電させてラミネーションロール13に吸着させてもよい。
また、フィルム20をラミネーションロール13に吸着させた手段と同様に、先端保持部材5及び後端保持部材6のフィルム保持機構を、真空吸着機構に代えて静電吸着保持機構を用いてフィルム20を保持してもよい。
フィルム20が貼り付けられた基板14は、搬送ローラ又は搬送ベルトからなる搬送路上を移動しパターン作成装置300に送られる。図3にパターン形成部の概略構成を示す。パターン形成装置300では、基板テーブル31上に基板14が載置され、位置合わせカメラ34にて位置合わせマーク32を撮像し、位置合わせが行われる。本図では位置合わせマークが四角形状の4隅に設けた場合を例示してある。この位置合わせマークの形成位置は、印刷領域外であればどこでもよい。位置合わせ終了後に、予め設定されている開口パターンに合わせてパターン形成用ヘッド33を動作させ、レーザ光を照射して、フィルム20に所望のパターン(開口パターン)を形成する。なお、シート状部材に開口パターンを設けるレーザ光は(図では1つのレーザ光としているが、複数の平行光を用いる構成としても良い。また、パターン形成用ヘッド34は図示していないが基板面上を、間隔をあけてXY方向に移動可能に可動式の門型の支持部材に取り付けられている。
フィルム20にパターンの形成された基板14は、ローラ又は搬送ベルト上を移動して洗浄装置400に送られる。洗浄装置400では、図示しない基板の搬入を検出する検出器が基板の搬入を検出すると、フィルム20の表面に洗浄液噴射部35から斜め上方向から洗浄液を噴射することで余剰シート部材(レーザ加工により開けられた開口部の残渣)を洗い流す。残渣等を洗い流した後、図示していない乾燥器により乾燥される。また、図示していないが洗浄装置400の下部には洗浄液を集めて廃液として排出するはいい液排出機構が設けてある。
次に、基板は印刷装置500に運ばれる。図4に印刷装置の概略構成図を示す。フィルム20に開口パターン23を形成された基板14は、搬入用ベルトコンベア25により、印刷装置500に設けてあるテーブル50のある基板受け取りコンベア26上に搬送される。基板受け取りコンベア26のテーブル50の上に基板が到達すると、基板受け取りコンベア26は停止して、テーブル50がテーブル上機構57を動作させて上昇させることで、テーブル50上に載置される。その後、XYθテーブル56を駆動して位置合わせ後、図示しない真空吸着機構等の吸着手段を動作させてテーブル面に基板を固定する。
テーブル50上部にはマスク51が設けてあり、そのさらに上部にはスキージ52が上下及びX方向(又はY方向)に移動可能に設けてある。この使用するマスク51は基板14の形状に合わせて四角の開口を設けたもので、通常のスクリーン印刷に設けるマスクのように半田ペーストを塗布する開口を設けたものでない。このようにマスクを設ける理由は、余分な半田ペーストをシート面状に残留させずに、マスク面状に使用しなかった半田ペーストを載せて、次の基板の半田ペースト塗布に用いるためである。このために、本図ではスキージ52は1つしか示していないが、往復動できるようにダブルスキージ構成となっている。
テーブル50面上に基板14が載置され固定されると、テーブル50を上昇させてマスク51面と基板14のフィルム20の面が略同じ水平位置になるようにセットされる。本実施例のマスク51は、前述のように、基板サイズに応じた四角形の開口が、基板サイズと略同じか、基板サイズより若干小さく設けてある。この開口部内にフィルム20に設けた開口パターンが全て入っている状態となっている。そして、スキージ上下機構53を動作させてスキージ52を降下させ、スキージ52下端部に供給された半田ペーストをフィルム20の開口部に充填しながらスキージ移動機構を動作させてX方向に移動させる。
スキージをX方向に移動させることで、フィルム20に設けた開口パターンを介して、半田ペースト40を基板14面に塗布する。本実施例では半田ペーストに水溶性半田を用いた。従来の半田はフラックス成分の一つであるロジンを含んでいる。このロジンがリフロー後のフィルム剥離装置でフィルム剥離(溶解)したときに、残渣となり良好なバンプ形成を阻害するためである。その後、スキージ上下機構53を動作させてスキージ52を上昇させると共に、基板14を載置したテーブル50を降下させてマスク面を基板面から離間させる。次に、テーブル50をさらに降下させ、基板を基板受け取りコンベア26に上に受け渡す。そそして、基板受け取りコンベア26及び基板排出コンベア27を動作させ、基板をリフロー装置600に搬送する。
リフロー装置600では、炉内に設けてある加熱機構60を動作させて基板面を約250℃に加熱して半田ペースト40を溶融し基板14面に固着させる。なお、フィルム20は、この温度では溶融しない材料で形成されている。
リフローが終了すると、基板14はフィルム剥離部700に搬送され、そこで開口の設けられたフィルム20が基板14面から剥離される。図5に剥離部の構成を示す。本実施例の剥離部7では、まず基板、剥離液を満たした剥離液浸漬部(剥離液タンク)70に浸す。剥離液には2〜8%の水酸化ナトリウムを含む溶液を用いている。この剥離液タンクには、剥離効果が最大限発揮できるように、剥離液を所定の温度範囲(40〜70℃)に保持するために、ヒータ65と温度計72が備えてある。また、基板を浸漬するために、ベルトコンベア76により搬送されて来た基板14を受け取り、剥離液中まで移動させるための上下動テーブル77が設けてある。上下動テーブルを駆動する行動機構は剥離液タンクの外側に配置されている。この剥離液タンク70内に浸漬することでのフィルム20は基板から分離しやすいように溶かされる。次に、基板14面に上部より剥離液(剥離液タンクで使用しているものと同じもの)を面全面に吹き付けて、残渣を溶解して取り除くためのスプレー機構75が設けてある。この吹き付ける剥離液のスプレー圧は0.1〜0.3MPaであり、剥離液の温度も、詳細は図示していないが、先の剥離液タンク70内の剥離液と略同じ温度範囲(40〜70℃)に保持するようスプレー機構75に剥離液を供給する供給タンク側にヒータと温度計を備えている。
なお、図1では図示していないが、このフィルム剥離部700でフィルムを剥離した後、剥離液を洗い流すための洗浄部が設けてある。
なお、上記説明では、シートの溶解に溶剤を用いることで説明したが、溶剤を用いる代わりに、光を照射して溶かす方法や、熱風を吹き付けて溶かす方法を用いても良いことは言うまでも無い。
以上の様に、本発明のシート印刷システムでは、半田ペーストを塗布する基板面状にシート状部材を貼り付け、その後シート状部材を露光等により半田ペーストを塗布する穴開け加工を施して、シート上部より半田ペーストを塗布する構成としたため、基板のペースト塗布位置等が変わっても、露光位置を変えるだけ対応することができるために、これまでのマスク交換当の手間がかからなくなり、柔軟に対応できる。さらに、シート部材の厚みを変えるだけで、塗布する半田ペーストの量を簡単に変えることが可能となり、用途に応じた半田ペースト塗布ができる。
シート印刷システムの全体構成を示す図である。 シート貼り付け機構の構成を示す図である。 露光機構の概略構成図である。 印刷装置の概略構成図である。 フィルム剥離装置の概略構成図である。
符号の説明
1…フィルムロール、13…圧着ロール(ラミネーションロール)、14…基板、20…フィルム、70…剥離液タンク、75…スプレー機構、200…フィルム貼り付け装置、300…パターン作成装置、400…洗浄装置、500…印刷装置、600…リフロー装置、700…剥離装置。

Claims (7)

  1. 半田ペーストを印刷しリフロー後に、基板に貼り付け、印刷に用いたフィルムを剥離するシート剥離装置において、
    剥離液を所定温度で保持し、貯留した剥離液タンクと、前記剥離液タンクに浸漬された基板に、所定温度の剥離液を吹き付けて除去するスプレー機構を設けた構成としたシート剥離装置。
  2. 請求項1に記載のシート剥離装置において、
    前記剥離液に2〜8%の水酸化ナトリウムを含む水溶液を用いたシート剥離装置。
  3. 請求項2に記載のシート剥離装置において、
    前記スプレー機構は剥離液の温度を40〜70℃に保持し、吹き付け圧力0.1〜0.3MPaで剥離液を吹き付ける構成としたことを特徴とするシート剥離装置。
  4. 請求項1から3のいずれか1項に記載のシート剥離装置において、
    前記半田ペーストに水溶性半田を用いたことを特徴とするシート剥離装置。
  5. 半田ペーストを塗布する基板面上にフィルムを貼り付ける貼り付け装置と、前記フィルムに半田ペーストを塗布するための開口パターンを形成するパターン作成装置と、前記開口パターンを形成したフィルムを設けた基板に半田ペーストを印刷する印刷装置と、半田ペーストが印刷された基板を加熱して、半田ペーストを基板面に固着させるリフロー装置と、半田ペーストが固着された基板面からフィルムを除去する剥離装置とからなるシート印刷システム。
  6. 請求項5に記載のシート印刷システムにおいて、
    前記印刷装置には印刷対象の基板形状と同じか多少小さな開口を備えたマスクを備え、前記マスク面からフィルム面を移動するスキージ先端部に半田ペーストを供給した後、スキージをマスク面及びシート状部材面に押し付け力を作用させながら移動することで、フィルムに設けた開口パターンに半田ペーストを供給するシート印刷システム。
  7. 請求項5に記載のシート印刷システムにおいて、前記剥離装置が、所定温度に保持した剥離液に基板全体を浸漬してフィルムを溶解する剥離液タンクと、前記剥離液タンクで基板との分離が容易になったフィルムに、所定圧で所定温度の剥離液を所定圧で吹き付けて剥がすスプレー機構とを有することを特徴とするシート印刷システム。
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